Спосіб поляризаційного обертання хвильового фронту електромагнітного поля

Изобретение относится к нелинейной оптике и квантовой электронике, оптической связи и оптической голографии. Известны способы обращения волнового фронта (ОВФ) электромагнитного поля, основанные на взаимодействии световых пучков в нелинейной среде. Наиболее распространенный способ заключается в том, что мощное лазерное излучение накачки на длине волны λ фокусируется в нелинейный материал, например, кювету с бензолом [1]. При определенном значении мощности накачки в нелинейной среде возникает вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ), при котором волна рассеяния. встречная волна накачки оказывается с обращенным волновым фронтом и спектрально сдвинута на Δλ. К недостаткам этого способа следует отнести следующее: волна с ОВФ имеет стоксовый спектральный сдвиг Δλ относительно длины волны накачки (предметной волны). поэтому при прохождении света через сильно дисперсные среды не происходит полное восстановление волнового фронта; поля с произвольным состоянием поляризации имеют различные эффективности ОВФ для ортогональных поляризаций, что также сказывается на качестве восстановления волнового фронта. В качестве прототипа выбран способ поляризационного ОВФ на кристалле ВТО [2]. При определенных ориентациях осей кристалла относительно направления падающего света, так чтобы направление оптической оси кристалла совпадало с направлением напряженности электрического поля накачки, в фоторефрактивном кристалле возникает само-ОВФ (self wave conjugate) с поляризацией, совпадающей с линейной поляризацией поля накачки. Этот способ заключается в следующем. Предметная волна со сложной структурой волнового фронта и произвольной поляризацией расщепляется поляризационной призмой на два потока с ортогонально ориентированными линейными поляризациями. Каждый из этих световы х пучков направляется на кристаллы ВТО, оптические оси которых параллельны соответствующим поляризациям световых пучков. На кристаллах происходит само-ОВФ для каждого пучка. При дальнейшем обратном распространении на поляризационной призме ОВФ вновь объединяется в первоначальное поле с исходным состоянием поляризации в сечении пучка. К недостаткам данного способа можно отнести следующее: 1. Не возникает полного восстановления поля. 2. При само-ОВФ на кристалле участвует только, один пучок накачки. Поэтому нет возможности усиления ОВФ пучка или синтеза требуемого состояния поляризации в ОВФ волне. 3. Неточное воссоздание поляризации ОВФ волны и, следовательно, неполное восстановление поля после обратного прохождения сильно дисперсной анизотропной среды. 4. Само-ОВФ проявляется только для ограниченной группы фоторефрактивных кристаллов типа ВТО, что ограничивает область применения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ поляризационного ОВФ света путем использования трех пучков излучения, что кривая к повышению качества обращения. Поставленная задача решается тем, что свет от лазерного источника с произвольной поляризацией разделяется на три пучка: предметный (Α1) и два опорных (А2 А3). Опорные пучки имеют линейные взаимно перпендикулярные ориентации поляризаций. При этом разность оптических путей не превышает длины когерентности света. Эти три пучка направляются на фоторефрактивный кристалл под углами UI(UI=1,2) так, чтобы sinUI » UI, а пучки лежали в одной плоскости. Оптическая ось кристалла должна также лежать в плоскости пучков. На фоторефрактивном кристалле записываются две динамические решетки для ортогональных поляризаций волн. Эти решетки считываются двумя когерентными пучками света А4 и A5 с поляризациями, соответствующими поляризациям опорных пучков, Считывающие пучки могут формироваться как зеркалами, установленными за кристаллом, так и с помощью другого более мощного лазерного источника. Один из считывающих пучков пропускают через оптический ослабитель с переменным коэффициентом поглощения. Дифрагируя на динамической голограмме кристалла, считывающие пучки формируют поле с обращенным волновым фронтом. Изменяя коэффициент поглощения ослабителя, добиваются равенства величине напряженностей ОВФ с ортогональными поляризациями. С помощью фазового модулятора добиваются уравнивания оптических путей считывающи х п учков с точностью до n λ (n=1,2,3,...), что позволяет получить требуемую поляризацию ОВФ волны. На чертеже представлена оптическая схема устройства для реализации способа. Свет от He-Ne лазера (1) с λ=0,63 мкм мощностью, 20 МВт посредством системы делительных призм (2-3) и отражательных зеркал (4-5) формируется в три пучка, лежащих в одной плоскости, один из которых проходит через пласгину λ/4 (14). Посредством поляризаторов (6-7) создаются ортогональные поляризации считывающих пучков. Пучки направляют на кристалле LINbO3(8) под углами UI=8°, U2=-8° относительно предметной волны. Нормаль к передней грани кристалла лежит в плоскости падающих пучков, а оптическая ось кристалла ориентируется вдоль линейной поляризации первого считывающего пучка. Считывающие пучки формируются с помощью отражательных зеркал (9-10). Первый считывающий пучок направляют на ослабитель с переменным коэффициентом поглощения (11) и фазовый модулятор, выполненный на основе электро-оптического кристалла ADP (12), помещенного в электрический конденсатор, к пластинам которого подводится регулируемое напряжение. ОВФ волна отводится с помощью полупрозрачного зеркала (13).